低温脉动热管冷却超导磁体实验研究

为了研究低温脉动热管(PHP)冷却超导磁体的可行性,搭建了以液氦脉动热管为传热部件的GM制冷机传导型冷却超导磁体模型的实验装置,采用该装置实验研究了48通道液氦PHP的冷却性能和传热性能。该液氦PHP由内径为0.5 mm的不锈钢毛细管制成,其蒸发段、绝热段、冷凝段的长度分别为50 mm、100 mm、50 mm。实验结果表明,液氦PHP可将超导磁体模型从常温冷却至6 K,用时约95个小时,冷却过程中观察到液氦PHP超临界脉动和近临界强化换热现象。在充液率为38%时,液氦PHP最大可传递1.5 W热量,有效导热系数在2000—9200 W/(m·K)之间。而该液氦PHP在充液率为70%时未能正常启动。

中低温脉动热管传热性能的模拟研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单,传热性能突出的优点。针对可用于低温冰箱的脉动热管,采用R508B为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路中低温脉动热管三维数值模型进行了数值模拟分析。模拟过程中,环路脉动热管的充液率分别为30%、50%、70%,热端加热功率分别为20 W、40 W、60 W、80 W、100 W、120 W,模拟了初始充液后管内气态和液态的相间分布,获得了不同时间点管内温度分布,探讨了中低温脉动热管充液率和加热功率对热管换热性能的影响。结果表明,中低温热管与常温热管在启动和稳定运行阶段具有相似的特征,当中低温脉动热管稳定运行时,温度的波动具有周期性。脉动热管的传热性能随着加热功率增大而变化。充液率较低时,在低加热功率下的冷热两端温差和等效热阻都比较小,当加热功率较大时热阻会出现上升。当充液率较高时,在低加热功率下脉动热管的冷热两端温差和等效热阻都比较大,随着加热功率的增加,温差和热阻都减小。

低温脉动热管的发展现状及展望

脉动热管是一种性能优良的传热元件,在电子设备散热、超导冷却、能量收集等方面具有广阔的发展前景。根据低温脉动热管的原理和特点,分析了中高温脉动热管和低温脉动热管的不同。总结了低温脉动热管理论和实验的研究现状和发展趋势,指出目前低温脉动热管研究存在的问题,提出了未来的研究和发展方向。

低温脉动热管传热特性的数值模拟研究

近年来,脉动热管作为一种具有较高传热效率的传热元件被广泛研究,应用领域十分广泛。为了研究在低温区内各因素对脉动热管传热性能的影响,以液氮为工质,采用多相流VOF方法建立了弯头数为6的闭环脉动热管的三维数值求解模型,并对其进行数值模拟。结果表明,脉动热管进入稳定运行阶段后,管之间会形成相间分布的上升管和下降管,且在上升管中以塞状流居多,下降管中以泡状流居多;在较低加热功率时,脉动热管的热阻随充液率的增加而减少;对不同充液率,热阻随加热功率都是先减小而后增大,充液率的增加可以一定程度上降低倾角减小对传热热阻的影响。

低温脉动热管气液两相流数值模拟

为了研究液氦温区下脉动热管流型演化及运行特性,采用氦为工质,基于多相流VOF方法建立了闭式环路结构低温脉动热管的三维数值模型,并对该模型进行了数值求解。研究了初始充液后管内气液分布情况,获得了不同时刻管内流型变化及温度分布。模拟结果显示:低温下脉动热管与常温脉动热管相似,也存在着泡状流、柱状流、环状流等流型的演变。当低温脉动热管稳定运行时,管内温度会随着时间进行周期性的脉动。从脉管内截面温度脉动的波形上看,蒸发段温度波动与冷凝段温度波动相位相差180°左右,而绝热段温度波动相位更接近蒸发段。与常温热管相比,低温液氦脉动热管温度波动幅度远远小于常温工况下的波动幅度。

冗余体积对低温脉动热管传热性能影响的实验研究

为明晰不同结构参数影响下低温脉动热管(PHP)的传热特性,解决其运行的稳定性、通用性问题,实验研究了冗余体积对液氮脉动热管传热特性的影响。该PHP由内径0.9 mm,外径1.59 mm的10根平行不锈钢毛细管制成,蒸发端、绝热段、冷凝端长度分别为35 mm、100 mm、35 mm。采用长度分别为420 mm、1420 mm的充入管以调节冗余体积的大小,其中小冗余、大冗余体积分别占PHP体积的17.51%、79.86%。实验结果表明,在完全相同的工况下,小冗余体积PHP能达到更高的有效热导率,最大值可达28000 W/(m·K),其极限热负荷相较于大冗余体积PHP多出1倍。此外,大冗余体积PHP的运行过程中出现了传热恶化现象。

低温脉动热管在超导电缆制冷系统应用的可行性分析

相较于无氧铜,低温脉动热管具有结构简单、成本低、适应性强等特点,是一种传热效率更高的装置,具备超导电缆制冷系统应用的发展前景。本文介绍了超导电缆制冷系统工作方式,阐述了低温脉动热管的结构和工作原理,对金属热传导及脉动热管热传导的导热效率进行分析,探讨了低温脉动热管在超导电缆应用制冷系统应用的可行性。

低温脉动热管的研究进展

阐述了低温脉动热管的原理和特点,分析了低温脉动热管与中高温脉动热管的不同之处,总结了低温脉动热管理论模拟和实验两方面的研究现状和发展趋势,介绍了在快速细胞冷冻和超导磁体冷却上的应用示例,并针对研究现状,指出了目前低温脉动热管研究存在的问题,提出了未来的研究和发展方向。

氮工质低温脉动热管的数值模拟

低温制冷机被广泛应用于超导体冷却、低温医疗、低温液体贮存等方面,但受到只能在冷头处提供冷量的限制。脉动热管作为一种灵活高效的传热元件,可以与低温制冷机配合以实现分布式冷却和长距离冷量传送。低温工质在物性上与常温工质有很大不同,这使得以氮、氢为代表工质的低温脉动热管的传热和振荡特性有别于以水、乙醇为代表工质的常温脉动热管。针对脉动热管中的长液塞典型流动现象,建立了多气泡-液塞的闭式脉动热管模型,给出了以氮为工质时装置的振荡和传热特性,结果显示氮工质的低温脉动热管与水的脉动热管相比,其内部的长液塞具有更高的振荡频率,且具有更小的传热温差。

液氢温区脉动热管实验研究

为了研究脉动热管用于冷却Mg B——2超导磁体的可行性,对一台自行研制的液氢温区脉动热管实验台开展了实验研究工作。充液率为34.2%时,随着加热功率的增大,脉动热管经历了启动、脉动、极限3个阶段,启动阶段中脉动热管传热温差波动很大,传热性能差,而脉动阶段中脉动热管传热温差很小,传热性能好。脉动热管在加热功率为1.28 W时具有最高的有效热导率为19 k W/m·K,此时蒸发段与冷凝段温差为0.28 K。

液氮温区脉动热管流动及传热特性研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单、传热性能突出的优点。为了研究低温脉动热管管内工质流动及传热特性,采用液氮为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路结构的低温脉动热管的三维数值模型,并对模型进行了数值模拟。文章对低温脉动热管管内工质的流型变化和传热性能的影响因素进行了研究。结果显示,低温脉动热管从启动阶段到稳定运行阶段管内工质存在多种流型。得出低温脉动热管的倾角、充液率和内径会对低温脉动热管的传热性能产生一定的影响,并分析了倾角、充液率和内径对低温脉动热管传热性能的影响特点。

低弯头数液氢温区脉动热管的实验研究

为了研究液氢温区脉动热管在冷却Mg B2超导磁体方面的可行性,利用浙江大学制冷与低温研究所现有的实验平台,进一步开展了液氢温区脉动热管的实验研究。在低弯头数(N=2)下,充液率55.8%的脉动热管在加热功率0.1W时可以启动;随着加热功率增大,经历了启动、脉动、极限三个阶段,启动阶段脉动热管传热温差波动很大、传热性能差,而脉动阶段脉动热管传热温差很小、传热性能好。在加热功率0.6W、充液率27.8%时,脉动热管具有最大的传热系数68k W/(m·K),此时蒸发段和冷凝段的温差为0.29K。